СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСБАЛАНСА НЕСУЩИХ ВИНТОВ ВЕРТОЛЕТА Российский патент 2005 года по МПК G01M1/22 

Изобретение относится к области авиационной техники и касается определения дисбаланса несущих винтов вертолета.

Известен способ определения дисбаланса несущих винтов вертолета, заключающийся в измерении амплитуд угловых колебаний одного углового перемещения фюзеляжа вертолета и амплитуд линейных колебаний одного линейного перемещения фюзеляжа в центре масс вертолета от дисбаланса винтов и пробных дисбалансов одного винта, вычислении дисбалансов винтов (см. патент России №2194959; 2001 г. - прототип).

При таком способе определяются дисбалансы двух несущих винтов, расположенных только на различных расстояниях по высоте от центра масс вертолета (вертолеты соосной и продольной схем), а в математические выражения для определения дисбалансов винтов в качестве параметров входят эти расстояния, величины которых сами подлежат определению, что снижает достоверность результатов определения дисбалансов.

Задача, решаемая в заявляемом техническом решении, заключается в определении дисбалансов несущих винтов вертолета при осуществлении технического результата - определении дисбалансов несущих винтов при различных и одинаковых расстояниях винтов по высоте от центра масс вертолета (вертолеты соосной, продольной и поперечной схем).

Существенными признаками заявляемого способа определения дисбаланса несущих винтов вертолета, общими с прототипом, являются: измерение амплитуд угловых колебаний фюзеляжа вертолета ϕ относительно продольной оси вертолета от дисбаланса и продольного пробного дисбаланса ΔS_Х в двух диаметрально противоположных положениях относительно оси вращения винта по прямой, проходящей через ось вращения винта и расположенной в продольной плоскости симметрии вертолета, поперечного пробного дисбаланса ΔS_Z в двух диаметрально противоположных положениях относительно оси вращения винта по прямой, проходящей через ось вращения винта и перпендикулярной продольной плоскости симметрии вертолета, устанавливаемых поочередно на одном несущем винте при угловом положении Ψ одной и той же лопасти невращающегося несущего винта относительно продольной плоскости симметрии вертолета, вычисление дисбаланса.

Признаками, отличительными от прототипа, являются: пробные дисбалансы ΔS_X и ΔS_Z устанавливают так же на другом несущем винте, измеряют дополнительно амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета α относительно поперечной оси вертолета, а дисбалансы продольные одного SBX

, другого SHX несущих винтов и поперечные одного SBZ, другого SНZ несущих винтов вычисляют по математическим выражениям

,

где обозначено:

,

α_S; ϕ_S - амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета от дисбалансов винтов (24);

α_X; ϕ_X - амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета от продольного дополнительного дисбаланса ΔS_X винта в первом положении (25);

α_-X; ϕ_-X - амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета от продольного дополнительного дисбаланса -ΔS_X винта во втором положении с диаметрально противоположным направлением (26);

α_Z ϕ_Z - амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета от продольного дополнительного дисбаланса ΔS_Z винта в первом положении (27);

α_-Z; ϕ_-Z - амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета от продольного дополнительного дисбаланса -ΔS_Z винта во втором положении с диаметрально противоположным направлением (28).

Совокупность признаков заявляемого изобретения, отличная от прототипа, является необходимой и достаточной для обеспечения технического результата.

Технический результат - определение дисбалансов несущих винтов при различных и одинаковых расстояниях винтов по высоте от центра масс вертолета с применением математических выражений для определения дисбалансов, которые не используют в качестве параметра расстояния по высоте от несущих винтов до центра масс вертолета, реализуется при осуществлении совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, причинно-следственная связь между которыми следует из результатов решения дифференциальных уравнений движения (29), представленных математическими выражениями (22), (23).

На Фиг.1 представлен вид сбоку на вертолет. Поперечное сечение вертолета при виде спереди показано на Фиг.2. Вид на вертолет сверху показан на Фиг.3.

На фюзеляже 1 вертолета с центром масс 2 закреплены один и другой несущие винты 3,4. Оси вращения винтов 5. На Фиг.1,2,3 показан соосный вертолет, поэтому оси одного и другого винтов совпали. У вертолета продольной схемы оси одного и другого винтов разнесены по длине фюзеляжа в продольном направлении и не совпадают. У вертолета поперечной схемы оси одного и другого винтов также не совпадают, поскольку разнесены в поперечном направлении. Для заявляемого способа определения дисбаланса несущих винтов, закрепленных на вертолете на любой высоте, их размещение на вертолете не имеет значения. Лопасть 6 с осью 7 невращающегося несущего винта расположена под углом Ψ с продольной плоскостью симметрии 8 вертолета. На фигурах показана система координат OXYZ, связанная с вертолетом с началом в центре масс 2. Ось OY параллельна оси 5. Продольная ось 9 вертолета находится в продольной плоскости симметрии 8 вертолета и совпадает с осью ОХ; поперечная ось 10 вертолета совпадает с осью OZ. Оси чувствительности вибродатчиков 11,12,13 лежат в плоскости XOY, при этом ось чувствительности вибродатчика 12 проходит через центр масс 2. Оси чувствительности вибродатчиков 14,15 лежат в плоскости ZOY. Амплитуды перемещений фюзеляжа по вибродатчикам 11 и 13 обозначены соответственно y₁ и y₂, а по вибродатчику 12 - y₀. Амплитуды перемещений фюзеляжа 14 и 15 обозначены соответственно y₃ и y₄. Угловые перемещения вертолета вокруг оси OZ обозначены α_t, угловые перемещения вертолета вокруг оси ОХ - ϕ_t. Расстояния от центра масс 2 до одного и другого винтов 3,4 обозначены соответственно h_в и h_н. Расстояния от вибродатчиков 11 и 13 до центра масс 2 обозначены соответственно а₁ и a₂, а расстояние между вибродатчиками 11 и 13 - а. Расстояния от вибродатчиков 14 и 15 до центра масс 2 обозначены соответственно в₃ и в₄, а расстояние между вибродатчиками 14 и 15 - в.

Прямая 16 проходит через ось вращения винта 5, пенпендикулярна ей и расположена в продольной плоскости симметрии 8 вертолета. Прямая 17 проходит через ось вращения винта 5 и перпендикулярна плоскости симметрии 8 вертолета. Один продольный пробный дисбаланс несущего винта ΔS_X устанавливают на прямой 16 в первом положении 18 (ΔS_X) и во втором положении с диаметрально противоположным направлением 19 (-ΔS_X). Другой поперечный пробный дисбаланс несущего винта ΔS_Z устанавливают на прямой 17 в первом положении 20 (ΔS_Z) и во втором положении с диаметрально противоположным направлением 21 (-ΔS_Z). При виде на вертолет спереди и сбоку прямые 16 и 17, положения пробных дисбалансов 18,19 и 20,21 показаны как на одном, так и на другом несущих винтах.

Способ определения дисбаланса несущих винтов вертолета реализуется следующим образом. Измеряют амплитуды колебаний y₀,_S; y₁,_S; y₂,_S; y₃,_S; y₄,_S фюзеляжа 1 вертолета на частоте ω ращения несущих винтов 3 и 4 при дисбалансах: продольных одного SВХ

, другого SHX винтов и поперечных одного SВZ, другого SHZ винтов по вибродатчикам 11,12,13,14 и 15 при полете вертолета в режиме висения. Затем, прервав полет вертолета, устанавливают одну из лопастей одного винта 3 в угловом положении Ψ, закрепляют продольный пробный дисбаланс ΔS_X на этом несущем винте в первом положении 18 и измеряют амплитуды колебаний y₀,_X; у₁,_X; y₂,_X; y₃,_X; y₄,_X фюзеляжа с частотой ω на режиме висения. Прервав полет, устанавливают ту же лопать в угловое положение Ψ, закрепляют продольный пробный дисбаланс -ΔS_X на этом несущем винте во втором положении 19 с диаметрально противоположным направлением и измеряют амплитуды колебаний у₀,_-X; y₁,_-X; y₂,_-X; y₃,_-X; y₄,_-X фюзеляжа с частотой ω на режиме висения. Прерывают полет, устанавливают ту же лопасть в угловое положение ψ, закрепляют поперечный пробный дисбаланс ΔS_Z на этом несущем винте в первом положении 20 и измеряют амплитуды колебаний y₀,_Z; y₁,_Z; y₂,_Z; y₃,_Z; y₄,_Z фюзеляжа с частотой ω на режиме висения. Прервав полет, при угловом положении Ψ той же лопасти закрепляют поперечный пробный дисбаланс -ΔS_Z на этом несущем винте во втором положении 21 с диаметрально противоположным направлением и измеряют амплитуды колебаний y₀,_-Z; y₁,_-Z; y₂,_-Z, y₃,_-Z, y₄,_-Z фюзеляжа с частотой ω на режиме висения.

Прервав полет вертолета, устанавливают одну из лопастей другого винта 4 в угловом положении ψ и на этом винте производят установку пробных дисбалансов и измерение вибраций в полете в той же последовательности, что и на винте 3.

Вычисление собственно дисбаланса несущих винтов: продольных SВХ

, SHХ и поперечных SВZ, SНZ осуществляется с помощью математических выражений (22), (23) и (30).

Возможность осуществления технического решения следует из описания последовательности его реализации и следует из решения дифференциальных уравнений угловых перемещений вертолета вокруг осей OZ и ОХ:

,

где: Jα - момент инерции вертолета относительно оси OZ;

Jϕ - момент инерции вертолета относительно оси ОХ.

Перемещения вертолета являются гармоническими с частотой вращения несущих винтов ω и происходят от дисбалансов винтов SВХ

;SНХ;SВZ;SHZ с амплитудами (24), от продольных пробных дисбалансов ΔS_X и -ΔS_X с амплитудами соответственно (25) и (26), от поперечных пробных дисбалансов ΔS_Z и -ΔS_Z с амплитудами соответственно (27) и (28). В результате решения уравнений (29) движения вертолета получаем математические выражения (22) и (23) для вычисления дисбалансов несущих винтов вертолета.

В свою очередь, амплитуды угловых колебаний вертолета связаны с амплитудами его линейных колебаний следующим образом:

где: j=s; х; -х; z; -z.

В результате реализации заявляемого технического решения осуществляется определение дисбалансов несущих винтов и последующее их устранение - балансировка несущих винтов вертолета.

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: измеряют амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета ϕ относительно продольной оси вертолета от дисбаланса и продольного пробного дисбаланса ΔS_X в двух диаметрально противоположных положениях относительно оси вращения винта по прямой, проходящей через ось вращения винта и расположенной в продольной плоскости симметрии вертолета, поперечного подобного дисбаланса ΔS_Z в двух диаметрально противоположных положениях относительно оси вращения винта по прямой, проходящей через ось вращения винта и перпиндикулярной продольной плоскости симметрии вертолета, устанавливаемых поочередно на одном несущем винте при угловом положении ψ одной и той же лопасти невращающегося несущего винта относительно продольной плоскости симметрии вертолета. Вычисляют дисбаланс. Пробные дисбалансы ΔS_X и ΔS_Z устанавливают так же на другом несущем винте, измеряют дополнительно амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета α относительно поперечной оси вертолета, а дисбалансы продольного одного SBX

, другого SНX несущих винтов и поперечные одного SВZ, другого SНZ несущих винтов вычисляют по математическим выражениям. Технический результат: повышение достоверности испытаний. 3 ил.

Способ определения дисбаланса несущих винтов вертолета, заключающийся в измерении амплитуд угловых колебаний фюзеляжа вертолета ϕ относительно продольной оси вертолета от дисбаланса и продольного пробного дисбаланса ΔS_х в двух диаметрально противоположных положениях относительно оси вращения винта по прямой, проходящей через ось вращения винта и расположенной в продольной плоскости симметрии вертолета, поперечного пробного дисбаланса ΔS_z в двух диаметрально противоположных положениях относительно оси вращения винта по прямой, проходящей через ось вращения винта и перпендикулярной продольной плоскости симметрии вертолета, устанавливаемых поочередно на одном несущем винте при угловом положении ψ одной и той же лопасти невращающегося несущего винта относительно продольной плоскости симметрии вертолета, вычислении дисбаланса, отличающийся тем, что пробные дисбалансы ΔS_x и ΔS_z устанавливают также на другом несущем винте, измеряют дополнительно амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета α относительно поперечной оси вертолета, а дисбалансы продольного одного другого несущих винтов и поперечные одного другого несущих винтов вычисляют по математическим выражениям

где α_S; ϕ_S - амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета от дисбалансов винтов;

α_X; ϕ_X - амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета от продольного дополнительного дисбаланса ΔS_X винта в первом положении;

α_-X; ϕ_-X - амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета от продольного дополнительного дисбаланса -ΔS_X винта во втором положении с диаметрально противоположным направлением;

α_Z; ϕ_Z - амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета от поперечного дополнительного дисбаланса ΔS_Z винта в первом положении;

α_-Z; ϕ_-Z - амплитуды угловых колебаний фюзеляжа вертолета от поперечного дополнительного дисбаланса -ΔS_Z винта во втором положении с диаметрально противоположным направлением.